此篇文章将从理论到实践，对 I2C 通信方式进行理论介绍与实际应用。理论部分主要讲述 I2C 总线的物理结构与其协议中的相关规定及几种不同的通信过程。实践部分将以我们各种开发场合常用到的一个显示模块——4线 0.96寸 OLED 显示屏和本人正在进行的大创项目中用到的 MS5837 压力传感器为例，对在 STM32F407 上如何用 I2C 协议驱动模块进行介绍。这是本人（仅仅是一位刚入门嵌入式的平平无奇的大学生）在 CSDN 的第一篇博文，旨在自己总结相关知识，如有错误，欢迎各位技术大牛批评指正！本人VX：Cyy15880234628。如果能帮到他人，那再好不过啦！

一、I2C相关知识

1、物理层

(1) 定义

IIC 是 Inter-Integrated Circuit 的缩写，即两线式串行总线，有数据线 SDA 和时钟线 SCL 构成的串行总线，可进行数据的收发。总线结构如图所示：

(2) 通信方式

由定义可知，其数据线只有一条，所以 I2C 通信采用的是半双工通信，即数据在数据线上可以进行双向传输，但是不能同时收发。（可以想象成一根水管，水可以从左端流向右端，也可以从右端流向左端，但不能同时即从左流向右，又从右流向左，不可兼得哦！）

2、协议层

在协议层中，我们先对通信过程中所用到的几个名词所对应的相关规定做个了解。
（我也只懂这么多，哈哈哈哈，毕竟 I2C 协议不是一天两天读得完的。）

(1) 空闲状态

SDA 与 SCL 两条信号线同时处于高电平，这时规定总线处于空闲状态。

(2) 起始信号与停止信号的定义

起始信号： SCL 为高电平时，SDA 由高电平跳变为低电平；
停止信号： SCL 为高电平时，SDA 由低电平跳变为高电平。
光看文字解释似乎很抽象，来，咱们直接上图（本人自己画的丑图）！

start 表示起始信号，stop 表示停止信号，其实起始信号与停止信号的定义就是用 SDA 与 SCL 的不同组成来表示罢了。（当然，我对这俩规定的理解是，可以把SDA 想象成一个开关的刀，下，即合上，开始传输；上，即断开，停止传输。）

(3) 应答信号

发送器发生一个字节，在第九个时钟脉冲期间释放总线，接收器反馈一个应答信号。而应答信号又可分为两种，①有效应答（ACK）：应答信号为低电平；②无效应答（NACK）：应答信号为高电平。

(4) 数据传输

每位数据都有一个时钟脉冲来同步控制，即在 SCL 串行时钟配合下，SDA 逐位地串行传送每一位数据，传输是边沿出发的。

(5) 数据有效性

怎样的数据在传输过程中才算有效呢？在时钟信号高电平期间，数据线上的数据保持稳定。（或许又不好理解，那再上图！）

3、I2C 基本读写过程

主要包括三种通信过程：主机写数据到从机、主机读取从机数据、复合通信（既读又写）。在应用中，主要是前两种通信过程，复合通信很少见，这里我也只介绍前两种，后面驱动实战部分也是对这两种分别举例展示。

(1) 主机写数据到从机

通信过程如下图所示：

（有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。A 表示应答，A 非表示非应答（高电平）。S 表示起始信号，P 表示终止信号。）
首先，主机产生一个起始信号，开始传输数据。接着，主机向从机发送地址位和读写位（0），确定是哪个从机要接收主机发送的数据。之后就开始从主机向从机发送有效数据，从机根据接收到的数据返回有效应答或无效应答。最后主机产生一个停止信号，表示此次传输结束。
整个过程就是这样的，我不知道自己是否表述清楚，其实大家也可以类比送快递的一个过程，要知道送去谁家，送什么东西，签收时给一个反馈，在淘宝确认收货表示派送成功，过程终止。这样可能形象一点。

(2) 主机读从机数据

通信过程如下图所示：（有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。A 表示应答，A 非表示非应答（高电平）。S 表示起始信号，P 表示终止信号。）
大体过程与主机写数据到从机上差不多，大家自行类比理解哈，要注意的点就是数据和应答信号是谁发给谁。

二、实战应用

1、I2C 驱动 4线 0.96寸 OLED 显示屏

这个模块相信大家并不陌生，小型而又低功耗，运用范围十分广泛。现在关于这个模块在STM32F1系列上的实现源码很多，但在STM32F4系列上的实现源码很少，还是有很多人不懂得移植或者移植不成功，也当作是一个半开源了吧。
话不多说，开始讲思路！
其实就是按照前面所讲的对应的通信过程和相关协议规定来配置，再配合OLED的数据手册，编写移植显示的函数即可。
驱动该模块的流程图就是主机写数据到从机的通信过程，再放一遍图吧（把良心打在公屏上）

通信过程的配置就按照下面这部分代码配置即可，注释个人觉得挺清楚的了。

/*********************OLED写数据************************************/ 
void OLED_WrDat(unsigned char IIC_Data)
{IIC_Start();   //起始信号IIC_Send_Byte(0x78);			//确定从机地址IIC_Wait_Ack();	IIC_Send_Byte(0x40);			//确定读写位，写为0IIC_Wait_Ack();	          //从机应答IIC_Send_Byte(IIC_Data);  //开始写数据到从机上IIC_Wait_Ack();           //从机应答IIC_Stop();               //停止信号
}

起始信号的定义：

void IIC_Start(void)
{SDA_OUT();     //sda线输出IIC_SDA=1;	  	  IIC_SCL=1;  delay_us(2);IIC_SDA=0;     //START:when CLK is high,DATA change form high to low delay_us(2);IIC_SCL=0;     //钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}	  

停止信号的定义：

void IIC_Stop(void)
{SDA_OUT();//sda线输出IIC_SCL=0;IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to highdelay_us(2);IIC_SCL=1; IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号delay_us(2);							   					   	
}

等待应答信号：

//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功u8 IIC_Wait_Ack(void)
{u8 ucErrTime=0;SDA_IN();      //SDA设置为输入  IIC_SDA=1;delay_us(1);   IIC_SCL=1;delay_us(1);	while(READ_SDA){ucErrTime++;if(ucErrTime>250){IIC_Stop();return 1;}}IIC_SCL=0;//时钟输出0 	   return 0;  
} 

有效应答与无效应答的定义：

//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=0;delay_us(4);IIC_SCL=1;delay_us(4);IIC_SCL=0;
}//不产生ACK应答		    
void IIC_NAck(void)
{IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=1;delay_us(4);IIC_SCL=1;delay_us(4);IIC_SCL=0;
}					 		

根据数据手册又可编写一些显示函数，如下：

void OLED_ShowChar(u8 x,u8 y,u8 chr,u8 Char_Size)
{      	unsigned char c=0,i=0;	c=chr-' ';//得到偏移后的值			if(x>128-1){x=0;y=y+2;}if(Char_Size ==16){OLED_Set_Pos(x,y);	for(i=0;i<8;i++)OLED_WrDat(F8X16[c*16+i]);OLED_Set_Pos(x,y+1);for(i=0;i<8;i++)OLED_WrDat(F8X16[c*16+i+8]);}else {	OLED_Set_Pos(x,y);for(i=0;i<6;i++)OLED_WrDat(F6x8[c][i]);}
}
//m^n函数
u32 oled_pow(u8 m,u8 n)
{u32 result=1;	 while(n--)result*=m;    return result;
}				  
//显示2个数字
//x,y :起点坐标	 
//len :数字的位数
//size:字体大小
//mode:模式	0,填充模式;1,叠加模式
//num:数值(0~4294967295);	 		  
void OLED_ShowNum(u8 x,u8 y,u32 num,u8 len,u8 size2)
{         	u8 t,temp;u8 enshow=0;						   for(t=0;t<len;t++){temp=(num/oled_pow(10,len-t-1))%10;if(enshow==0&&t<(len-1)){if(temp==0){OLED_ShowChar(x+(size2/2)*t,y,' ',size2);continue;}else enshow=1; }OLED_ShowChar(x+(size2/2)*t,y,temp+'0',size2); }
} 
//显示一个字符号串
void OLED_ShowString(u8 x,u8 y,u8 *chr,u8 Char_Size)
{unsigned char j=0;while (chr[j]!='\0'){		OLED_ShowChar(x,y,chr[j],Char_Size);x+=8;if(x>120){x=0;y+=2;}j++;}
}//------------显示中文------------------
void OLED_ShowCHinese(u8 x,u8 y,u8 no)
{      			    u8 t,adder=0;OLED_Set_Pos(x,y);	for(t=0;t<16;t++){OLED_WrDat(Hzk[2*no][t]);adder+=1;}	OLED_Set_Pos(x,y+1);	for(t=0;t<16;t++){	OLED_WrDat(Hzk[2*no+1][t]);adder+=1;}					
}

当然，要使用该模块之前要记得对其进行初始化哦！初始化函数如下：

/*********************OLED初始化************************************/
void OLED_Init(void)
{delay_ms(500);//初始化之前的延时很重要！OLED_WrCmd(0xae);//--turn off oled panelOLED_WrCmd(0x00);//---set low column addressOLED_WrCmd(0x10);//---set high column addressOLED_WrCmd(0x40);//--set start line address  Set Mapping RAM Display Start Line (0x00~0x3F)OLED_WrCmd(0x81);//--set contrast control registerOLED_WrCmd(Brightness); // Set SEG Output Current BrightnessOLED_WrCmd(0xa1);//--Set SEG/Column Mapping     0xa0左右反置 0xa1正常OLED_WrCmd(0xc8);//Set COM/Row Scan Direction   0xc0上下反置 0xc8正常OLED_WrCmd(0xa6);//--set normal displayOLED_WrCmd(0xa8);//--set multiplex ratio(1 to 64)OLED_WrCmd(0x3f);//--1/64 dutyOLED_WrCmd(0xd3);//-set display offset	Shift Mapping RAM Counter (0x00~0x3F)OLED_WrCmd(0x00);//-not offsetOLED_WrCmd(0xd5);//--set display clock divide ratio/oscillator frequencyOLED_WrCmd(0x80);//--set divide ratio, Set Clock as 100 Frames/SecOLED_WrCmd(0xd9);//--set pre-charge periodOLED_WrCmd(0xf1);//Set Pre-Charge as 15 Clocks & Discharge as 1 Clock   OLED_WrCmd(0xda);//--set com pins hardware configurationOLED_WrCmd(0x12);OLED_WrCmd(0xdb);//--set vcomhOLED_WrCmd(0x40);//Set VCOM Deselect LevelOLED_WrCmd(0x20);//-Set Page Addressing Mode (0x00/0x01/0x02)OLED_WrCmd(0x02);//OLED_WrCmd(0x8d);//--set Charge Pump enable/disableOLED_WrCmd(0x14);//--set(0x10) disableOLED_WrCmd(0xa4);// Disable Entire Display On (0xa4/0xa5)OLED_WrCmd(0xa6);// Disable Inverse Display On (0xa6/a7) OLED_WrCmd(0xaf);//--turn on oled panelOLED_Fill(0x00); //初始清屏OLED_Set_Pos(0,0);
} 

这样，OLED 显示屏就配置好了，我调试过了，亲测可用。

2、I2C 驱动 MS5837 压力传感器

由于大创需要，这个传感器可是我找了半天才找到符合需求的模块。也许大家用不到，但其驱动原理与其他模块是一样的。
该模块的驱动与OLED类似，只需要改写下地址位和读写位即可。

unsigned long MS583703BA_getConversion(uint8_t command)
{unsigned long conversion = 0;u8 temp[3];IIC_Start();IIC_Send_Byte(0xEC); 		//写地址IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(command); //写转换命令IIC_Wait_Ack();IIC_Stop();delay_ms(10);IIC_Start();IIC_Send_Byte(0xEC); 		//写地址IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(0);				// start read sequenceIIC_Wait_Ack();IIC_Stop();IIC_Start();IIC_Send_Byte(0xEC+0x01);  //进入接收模式IIC_Wait_Ack();temp[0] = IIC_Read_Byte(1);  //带ACK的读数据  bit 23-16temp[1] = IIC_Read_Byte(1);  //带ACK的读数据  bit 8-15temp[2] = IIC_Read_Byte(0);  //带NACK的读数据 bit 0-7IIC_Stop();conversion = (unsigned long)temp[0] * 65536 + (unsigned long)temp[1] * 256 + (unsigned long)temp[2];return conversion;}

关于 I2C 相关内容我就介绍这么多，也许文中有很多表述不清楚，还请大家指出或者联系我，大家一起进步，一起向嵌入式攻城狮迈进！！！